Ανάπτυξη και χαρακτηρισμός πυρίμαχων κραμάτων υψηλής εντροπίας (refractory high entropy alloys) και αξιολόγηση της μηχανικής συμπεριφοράς και της επιφανειακής υποβάθμισής τους

Abstract

The present dissertation focuses on the development, characterization and evaluation of refractory high entropy alloys. These alloys are innovative materials which are targeted on applications of specialized requirements. The aim of the effort is to prepare single-phase and/or double phase structures and connect their microstructural features with their properties and degradation phenomena. More specifically, for each individual system produced, the microstructural characteristics were studied and the theoretical prediction models of solid solution formation, were checked. The corresponding solidification mechanisms were also studied, while their morphological characteristics were further analyzed. On the properties side, selected structures were studied as far as their mechanical properties (micro- and macro-hardness and compression tests) are concerned, while their strengthening mechanisms or failure modes were clarified. With regard to the alloys surface properties, the systems were examined in sliding wear tests under various experimental conditions. Through the recording of the numerical data and the study of the worn surfaces and debris, the corresponding wear mechanisms were formulated. Finally, the study of the corrosion behavior (solutions of 3.5 wt% NaCl and Hank) took place where, by analyzing the numerical data and the examination of the corroded surfaces / sections, the respective degradation mechanisms were interpreted.

Η παρούσα διατριβή αφορά την ανάπτυξη, το χαρακτηρισμό και την αξιολόγηση της συμπεριφοράς πυρίμαχων κραμάτων υψηλής εντροπίας. Τα κράματα αυτά αποτελούν καινοτόμα υλικά και στοχεύουν σε εφαρμογές εξειδικευμένων απαιτήσεων. Στόχος της προσπάθειας ήταν να παρασκευαστούν μονοφασικές ή/και διφασικές δομές και να συνδεθούν τα μικροδομικά χαρακτηριστικά τους με τις ιδιότητες και τη συμπεριφορά σε φαινόμενα υποβάθμισης. Αναλυτικότερα, για κάθε επιμέρους σύστημα μελετήθηκαν τα μικροδομικά χαρακτηριστικά και έγινε έλεγχος των βιβλιογραφικών μοντέλων πρόβλεψης φάσεων στερεών διαλυμάτων. Προτάθηκαν οι αντίστοιχοι μηχανισμοί στερεοποίησης και αναλύθηκαν τα μορφολογικά χαρακτηριστικά αυτών. Στο σκέλος των ιδιοτήτων, επιλεγμένες δομές μελετήθηκαν ως προς τις μηχανικές τους ιδιότητες (μικρο- και μακρο-σκληρότητα και δοκιμές θλίψης), ενώ προτάθηκαν οι μηχανισμοί ενίσχυσης και αστοχίας τους. Σε ότι αφορά τις επιφανειακές ιδιότητες, τα συστήματα εξετάστηκαν σε δοκιμές φθοράς ολίσθησης υπό διάφορες πειραματικές συνθήκες. Μέσω της καταγραφής των αριθμητικών δεδομένων και της μελέτης των επιφανειών και ψηγμάτων της φθοράς, διατυπωθήκαν οι αντίστοιχοι μηχανισμοί υποβάθμισης. Τέλος, έλαβε χώρα η μελέτη της συμπεριφοράς τους σε διάβρωση (διαλύματα 3.5 κ.β% NaCl και Hank), όπου, μέσω της ανάλυσης των αριθμητικών δεδομένων και της εξέτασης των διαβρωμένων επιφανειών/τομών, ερμηνεύτηκαν οι αντίστοιχοι μηχανισμοί υποβάθμισης.